Fotokatalys är en i full skala oprövad teknik för att bryta ned organiska mikroföroreningar (t ex rester av läkemedel) i kommunalt avloppsvatten. I denna artikel undersöks denna teknik i laboratoriemiljö med titandioxid som katalysator fastsatt på en biorotor.
Av: Hans Holmström
Organiska mikroföroreningar från t ex läkemedel, bekämpningsmedel och industriella verksamheter medför nya utmaningar vid rening av kommunalt avloppsvatten. Starka oxidationsmedel såsom ozon ger upphov till nedbrytningsprodukter med delvis okända egenskaper. Adsorption på aktivt kol fungerar inte särskilt bra för vissa ämnen. Avancerade oxidationsmetoder som utnyttjar hydroxylradikaler kan dock under rätt förutsättningar fullständigt bryta ned organiska ämnen till vatten, koldioxid och mineralsalter.
Teknik för fotokatalys
I denna artikel används en biorotor i lab-skala för att med fotokatalys bryta ned organiska ämnen. Belysning av titandioxid med UV-A-ljus kan leda till att hydroxylradikaler bildas. Sådan strålning kan komma från solljus eller från vissa ljuskällor.
Metoden har inte använts för rening av avloppsvatten främst på grund av få erfarenheter och högt energibehov. Nya LED-lampor för UV-A medför att verkningsgraden har ökat och härmed på sikt också möjligheten att kunna använda fotokatalys i full skala.
Ett sätt att använda fotokatalys är att tillsätta nanopartiklar med titandioxid i suspenderad form till renat avloppsvatten. Då får man stor aktiv yta och kan ge en jämn belysning på vattnet. En nackdel är att nanopartiklarna efter behandlingen bör avskiljas från vattenfasen och det är ingen lätt uppgift. Effekterna av utsläpp av sådana nanopartiklar till miljön är inte väl studerad och kan därför medföra risker.
Ett alternativ till suspenderad titandioxid är att fixera det fotokatalytiska materialet på ett bärarmaterial, i detta fall en dränkt biorotor. Den aktiva ytan minskar då, men man slipper problemet med att separera nanopartiklar från avloppsvattnet.
Försöksupplägg
Renat avloppsvatten från Weimars reningsverk i Tyskland pumpades genom en liten biorotor. UV-A-ljuset (365 nm) kom från en LED-lampa på 36 W. Sex organiska ämnen tillsattes avloppsvattnet och deras reduktion följdes sedan som funktion av tiden.
Resultat
Särskilt intressant är att ”värstingen” diklofenak reducerades bra med en halveringstid på 2,3 minuter. I det stora reningsverket i Weimar var avskiljningen samtidigt bara 39 % för detta ämne. Sämst gick det för iopromid – ett röntgenkontrastmedel som innehåller jod – med en halveringstid på 18 minuter. Halveringstiderna för de andra studerade ämnena (bezafibrat, ibuprofen, karbamazepin och metoprolol) var under ca 6 minuter. I Weimars reningsverk var dock avskiljningsgraden 99,9 % för både iopromid och ibuprofen. För en behandlingstid i biorotorn på 10 minuter krävdes 3 kWh/m3, fortfarande en betydande energiförbrukning.
Källa: Schnabel, T. m fl (2020). Spurenstoffelimination aus gereinigtem Abwasser in einem photokatalytisch wirksamen Rotationstauchkörper. Korrespondenz Abwasser, nr 8/20, sid 598 – 607.
